JP2006193349A - ガラスの製造方法及びガラス製造装置、並びにこれらに用いる保護部材 - Google Patents
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Abstract
光学ガラスの材料を溶融容器に供給する際、溶融容器の内面で、かつ、溶融ガラスの液面と接触する部分に生じる熱衝撃を緩和し、熱衝撃による溶融容器の疲労や破損を防止する。
【解決手段】
光学ガラスの材料を溶融させる溶融槽(溶融容器)20と、この溶融槽20に連続的又は間歇的に前記材料を供給する材料供給部(材料供給手段)10とを備える光学ガラスの製造装置であって、溶融槽20の内面における溶融ガラス液面と接触する部分に沿って、溶融ガラス液面に接する部分が、複数の分割体73からなるように形成された保護部材70を配置する。
【選択図】 図1
Description
直接溶融は、いったん溶融し、ガラス化したものを粉砕したガラス材料(いわゆるカレット)を再度溶融容器中で溶融して所望の光学ガラスとする方法(以下、間接溶融法という)とは異なり、溶融容器に供給された瞬間に、容器中の溶融ガラスの液面付近で化学反応が開始する。したがって、単に、温度の低い材料が供給される場合に生じる液面の温度降下に比べると、反応熱(例えば、反応に伴う水の気化熱)を伴う大きな降温、それに次いで生じる温度回復(昇温)が発生する。
本発明者らは、先に、ガラス溶融容器を保護するため、昇温降温の熱衝撃を緩和する着脱可能な保護部材の提案を行った(特願2003−284303号)。しかしながら、溶融容器の保護の点では一定の効果が得られたが、保護部材の寿命が必ずしも十分ではなかった。すなわち、光学ガラスの侵食によって保護部材が損傷を受け、その一部が溶融容器内に脱落する等危険が生じた。
また、主たる骨格成分としてホウ酸を含有するもの(ホウ酸塩ガラス)においては、上記の直接連続溶融を行うと、ガラス化反応時の気化熱が大きく、反応部位における温度回復が鈍いため、溶融容器に与える影響が大きい。
本発明者らは、上記のように過酷な条件下でも溶融容器を保護する機能が十分得られ、かつ、保護部材自体の寿命も延長できることを目的として、本発明を完成した。
しかも、保護部材は、溶融ガラス液面に接する部分を複数の分割体からなるように形成することにより、熱衝撃を緩和するに際し、瞬時に膨張、収縮することが許容され、さらに、個々の分割体の膨張量及び収縮量を小さくすることができるため、内部応力がより軽減され、損傷し難くなっている。これにより、保護部材自体の長寿命化も可能である。
このように、材料供給時に生じる溶融ガラス液面の温度変動が大きいガラス原料バッチを用いた場合でも、溶融ガラス液面に生じる大きな熱衝撃を速やかに緩和し、溶融容器及び保護部材の損傷を抑止できる。このため、ガラス原料バッチを用いて、量産に有利な方法とすることができる。
このように、溶融容器を浸食しやすい種類の光学ガラスを用いた場合でも、溶融ガラス液面に生じる大きな熱衝撃を速やかに緩和し、溶融容器及び保護部材の損傷を抑止することができるため、溶融容器を侵食しやすいこの種の光学ガラスを用いる場合に、本発明の効果が顕著となる。
このような方法とすれば、保護部材が、その長寿命にもかかわらず損傷、劣化した場合であっても適宜交換することが可能となり、溶融容器へのダメージを長期間軽減することができる。また、保護部材の下端を自由端とすれば、保護部材が熱衝撃を受けても、下端側での収縮及び膨張が許容されるので、それに伴う内部応力を軽減し、保護部材の変形や破損を防止することができる。
このような方法とすれば、保護部材が熱衝撃を受けても、上端側での収縮及び膨張が許容されるので、それに伴う内部応力を軽減し、保護部材の変形や破損を防止することができる。
このような構成とすることにより、溶融容器の寿命を延長することができるだけでなく、溶融容器の破損による生産性の低下や溶融容器の補修コストを抑制することができ、保護部材自体の長寿命化も可能である。
このように構成すれば、溶融容器の強度を高くし、また、保護部材による熱衝撃の緩衝効果をより効果的に発揮させることができる。
このように構成すれば、保護部材による熱衝撃の緩衝効果をより効果的に発揮させることができる。
このように構成すれば、ガラスの材料を溶融容器中の溶融ガラスに供給する際に、溶融ガラス液面に材料供給を行うことにより発生する熱衝撃を緩和して、熱衝撃による溶融容器の疲労や破損を防止することができるだけでなく、保護部材自体の寿命も長くすることができる。
このように構成すれば、保護部材による熱衝撃の緩衝効果をより効果的に発揮させることができるとともに、保護部材が、その長寿命にもかかわらず損傷、劣化した場合であっても適宜交換することが可能となり、溶融容器へのダメージを長期間軽減することができる。
これにより、溶融容器の寿命を延長することができるだけでなく、保護部材自体の寿命も長くすることができ、溶融容器の破損による生産性の低下、さらには、溶融容器や保護部材の補修コストを抑制することができる。
なお、以下の実施形態では、光学ガラスを製造する装置と方法について説明するが、本発明は、光学ガラス以外のガラスを製造する場合の装置と方法にも適用することができる。
まず、本発明に係る光学ガラスの製造装置について説明する。図1は、光学ガラスの製造装置の概略を示す正面図、図2は、保護部材の概略斜視図である。
また、溶融槽20は、高周波誘導などの加熱手段を備え、その加熱により光学ガラスの材料が溶融される。加熱手段は、溶融ガラスの温度をほぼ一定に保つように加熱を行うが、低温の材料を溶融槽20に供給すると、溶融ガラスの液面付近において温度が急激に低下し、溶融槽20の液面接触部分が大きな熱衝撃を受けることになる。また、ガラス原料バッチの供給によって、ガラス化反応による熱衝撃も生じる。本発明では、この問題を解決するために保護部材70を用いる。
保護部材70を溶融槽20内に配置するにあたり、保護部材70は、例えば、溶融槽20の内側において、溶融槽20の内面における溶融ガラス液面と接触する部分と、溶融ガラス液面におけるガラス材料が供給される部位との間に介在するように配置する。すなわち、ガラス材料の供給を受けて生じる溶融ガラス液面の降温・昇温が、溶融槽20に対して熱衝撃を与える以前に、保護部材70に対して与えるように配置され、溶融槽20に取り付けられる。
本実施形態では、溶融ガラスの液面に接する筒部71と、筒部71の上端から外側方へ延出するフランジ部72とを備えるものとできる。この場合、保護部材70は、保護部材70が損傷、劣化したときの交換が容易となるように、フランジ部72を支持部として、溶融槽20の上端周縁部に着脱可能に支持された状態で、溶融槽20に取り付けることができる。
この温度振動は、投入量が多いほど大きく、ガラス材料としてガラス原料バッチを用いた場合に顕著となる。また、溶融槽20の径が小さいほど大きい。保護部材70を取り付けた場合は、温度振動による熱衝撃を数分の一以下に抑えることができる。
なお、図5及び図6は、光学ガラスの材料を溶融槽20に間歇投入したときの溶融槽20の外側での温度変化を示しているが、詳細については後述する。
これらの構成は、溶融ガラス液面においては、保護部材70の受ける熱衝撃を、上記隙間の溶融ガラスが緩衝し、溶融槽20に対する熱衝撃を、よりいっそう低下させる効果がある。更に、溶融槽20と保護部材70との接触面積を少なくすることができ、保護部材70から溶融槽20への熱衝撃の伝達を抑止するとともに、両者の収縮量及び膨張量の差や、体積変化の方向性の違いにより、応力を互いに及ぼし合うのを避ける上でも有効である。
なお、図3では、作図上、各部材を離間させているが、溶融槽20、フランジ部72及び垂下片75は、耐熱保護材80に密着又は当接しており、フランジ部72は、溶融槽の20の上端周縁部に当接している。
より具体的には、溶融槽20内に保護部材70を配置したときに、保護部材70の筒部71は下端側が溶融ガラス中に浸漬されるが、溶融槽20内に配置した状態において、筒部71の下端から溶融ガラスの液面上に露出する部分にわたる範囲に、筒部71の下端側に開口する複数のスリット74を設けることにより、溶融ガラス液面に接する部分が複数に分割されている。
さらに、分割体73を、複数のスリット74により分割して形成すれば、多数の分割体を組み合わせて一体とする必要がなく、保護部材70の成形が簡易であるとともに、使用期間を通じて保護部材70としての一体性が維持された状態で、上記した熱衝撃の緩衝効果を十分に発揮することが可能であり、保護部材70が損傷、劣化した場合の補修や交換などの作業も行い易い。
このとき、スリット74の数は、溶融するガラスの組成に起因する溶融温度、溶融槽20の大きさ、溶融槽20の肉厚、及び材料供給の頻度などを考慮し、保護部材70が受ける熱衝撃の度合に応じて適宜決定される。
このため、スリット74の数は4〜50個の範囲内とすることが好ましく、スリット幅sは1〜10mmの範囲内とするのが好ましい。また、各分割体73の水平方向の幅は20〜1000mmの範囲で選択することが好ましく、分割体73の寸法が大きすぎると上記応力緩和効果が低下し、小さすぎると物理的強度が低下する。
これは、以下の点で非常に効果がある。すなわち、保護部材70は、溶融ガラス液面付近に熱衝撃を受けるが、この影響は、液面上と液面下に同等に生じるのではなく、液面より上側の部分が受ける影響が大きい。保護部材70の溶融ガラス液面付近において生じた局所的な温度振動は、液面下の部分では、熱容量が大きい(したがって、常に所定温度範囲内にある)ガラス溶融液との接触によって、所定温度範囲からの変動は軽微だが、液面より上の部分では、上記のガラス溶融液による緩衝作用が無いため、液面より上の所定距離の部位に昇温に起因する熱膨張に伴う歪が達する。このように、本発明が解決しようとする保護部材の破損(又は、溶融容器自体の破損)は、溶融ガラス液面より上の所定範囲部分に生じやすい。
したがって、溶融ガラス液面より上であって、歪の到達する部位にわたって、スリット74が設けられているのが好ましい。換言すれば、所定の寸法のスリット付保護部材としたとき、スリット74の大半を溶融ガラス液面より上に位置させることが最も効率的であり、より好ましくは、スリット74の溶融ガラスの液位上の部分(a)と液位下の部分(b)の寸法比(a/b)は、7/3以上である。このようにすると、さらに効率的にスリット74が作用する。
なお、図5(a)は溶融槽20に保護部材70を取り付けた状態を概念的に示す説明図であり、図5(b)は保護部材70の概略斜視図である。また、図中、符号78で示す穿孔は、溶融ガラスを保護部材70外に流出させるためのものであり、その形成位置や数は、保護部材70の形状、大きさなどに応じて適宜設定される。
また、溶融槽20への熱衝撃を和らげる緩衝効果が、より効果的に発揮されるようにするために、上記の例と同様に、保護部材70は、本体部76と溶融槽20の内面との間に隙間が生じるように、その形状や大きさを適宜設定し、溶融槽20の内面に所定の間隔をおいて対向するように取り付けるのが好ましい。
このように保護部材70を構成すると、保護部材70における周方向の収縮及び膨張が許容され、これによっても熱衝撃に伴う内部応力を更に軽減することができる。
つぎに、本発明に係る光学ガラスの製造方法について説明する。
本発明に係る光学ガラスの製造方法は、光学ガラスの材料を連続的又は間歇的に溶融容器に供給し、この溶融容器内で前記材料を溶融させる工程に適用することができる。具体的には、溶融槽20の内面における溶融ガラス液面と接触する部分に沿って、溶融ガラス液面に接する部分が複数の分割体73からなるように形成された保護部材70を溶融槽20内に配置し、保護部材70で囲まれた溶融ガラス液面に、前記材料を供給し、溶融させる。
なお、ここでは、ガラス材料としてカレット(ガラス化後に固化、粉砕したガラス材料)を用いたが、ガラス原料バッチを用いた場合には、同様の寸法の溶融槽、同量のガラス材料を供給すれば、温度変動が更に大きくなり、溶融槽の損傷が大きくなる。この温度変動の増大を抑制するためには溶融層の寸法を大きくするか、供給量を減少させるなど、生産効率上不利な方策を施さなければならない。
20 溶融槽(溶融容器)
70 保護部材
71 筒部
72 フランジ部
73 分割体
74 スリット
75 垂下片
76 本体部
77 足部
Claims (9)
- ガラスの材料を連続的又は間歇的に溶融容器に供給し、前記溶融容器内で溶融したガラスを連続的に次工程に供給する工程を含むガラスの製造方法であって、
前記溶融容器の内面における溶融ガラス液面と接触する部分と、前記溶融ガラス液面における前記材料が供給される部位との間に、前記溶融ガラス液面に接する部分が複数の分割体からなるように形成された保護部材を介在させることを特徴とするガラスの製造方法。 - 前記材料が、ガラス原料バッチであることを特徴とする請求項1に記載のガラスの製造方法。
- 前記ガラスが、ホウ酸塩光学ガラス、屈折率ndが1.7以上の光学ガラス、又は屈折率ndが1.6以下で分散νdが65以上の光学ガラスのいずれかであることを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載のガラスの製造方法。
- 前記溶融容器の上端周縁部に、前記保護部材を着脱可能に支持させるとともに、前記保護部材の下端を自由端としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラスの製造方法。
- 前記溶融容器の底部に、前記保護部材を支持させるとともに、前記保護部材の上端を自由端としたことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載のガラスの製造方法。
- ガラスの材料を溶融させる溶融容器を備えたガラス製造装置であって、
前記溶融容器の内面における溶融ガラス液面と接触する部分と、前記溶融ガラス液面における前記材料が供給される部位との間に介在するように保護部材が配置され、
前記保護部材が、前記溶融ガラス液面に接する部分が複数の分割体からなるように形成されたものであることを特徴とするガラス製造装置。 - 前記溶融容器の水平断面形状が円形であり、前記保護部材の中心軸が、前記溶融容器の中心軸とほぼ一致するように、前記保護部材が前記溶融容器内に配置されることを特徴とする請求項6に記載のガラス製造装置。
- 前記溶融容器の内面との間に隙間が生じるように、前記保護部材を前記溶融容器内に配置したことを特徴とする請求項6〜7のいずれか1項に記載のガラス製造装置。
- ガラスの材料を溶融させる溶融容器内に配置される保護部材であって、
前記溶融容器の内面における溶融ガラス液面と接触する部分と、前記溶融ガラス液面における前記材料が供給される部位との間に介在するように配置され、
前記溶融ガラス液面に接する部分を有し、かつ、当該部分が複数の分割体からなるように形成されたものであることを特徴とする保護部材。
Priority Applications (2)
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